5G无线技术的特点是速度快、接入范围广和延时短。与4G网络相比，5G可以提供10-20倍的传输速率、约100倍的数据容量以及小于1毫秒的延时。频谱延伸到了毫米波段(mmWave)，而这种极高的频率是PCB制造行业面临的最严峻挑战之一。

因此，5G影响了包括PCB组装在内的设计和制造的许多方面。设计出能够发挥5G设备优势的PCB存在多个挑战。装配车间也需要新的工艺方法以及先进的测试和检验设施。

5G线路板设计挑战

以下是工程师在为5G应用设计和制造PCB时面临的一些主要问题。
随着设计复杂性的提高，5G设备可能会使用走线更细、连接焊盘密度更高的高密度互连(HDI)PCB。而这些更细的走线在传输高速信号时经常会导致信号完整性问题。
由于走线尺寸、宽度和横截面等各种因素，HDI PCB上会出现阻抗不规则现象。如果使用传统的负蚀刻工艺形成走线横截面，那么很容易发生因阻抗异常而导致信号损失的问题。
为了集成多个天线阵列单元(AAU)，PCB制造商必须处理更加复杂的技术，如多输入多输出(MIMO)。此外，5G设计将需要更多的基站和天线阵列才能在非常高的工作频率下有效运行。因此，电磁干扰、串扰和寄生电容成为5G射频PCB设计的关键问题也就不足为奇了。
热管理也是5G PCB设计中的一个关键工作。由于高速信号会产生大量热量，因此所选的基板和介电常数应足够处理散热问题。否则，铜线剥落、分层和电路板翘曲等问题会降低PCB性能。

图1：PCB设计需要采用新的先进制造方法来满足5G应用。资料来源：Technotronix
上述这些与5G相关的挑战，极大地影响PCB组装过程，并突破了传统PCB制造方法的极限。

5G PCB设计中的先进技术

用于5G应用的PCB设计领域不断有新技术出现;以下是PCB设计人员为满足新兴的5G技术需求而采用的两种技术。
改进的半加成工艺(MSAP)：为了实现高的电路密度和最小的信号衰减，PCB制造商会使用MSAP工艺，而不是通常的负蚀刻方法。这种工艺会在没有光刻胶的层压板上涂上一层薄的铜层。存在于导体之间的铜被进一步蚀刻掉。这里的光刻技术用于确保高精度的蚀刻，从而实现最小的信号损失。
自动光学检测(AOI)：针对5G设计，制造商会在PCB制造过程中使用先进的AOI系统，并通过测量通孔或贴片装配中的顶层和底层信号线导通情况来识别潜在故障，从而提高AOI故障检测的精度，减少误报并缩短生产线延时。使用人工智能(AI)的新方法则专注于那些可以使用自动光学整形(AOS)系统修复的实际错误。整合后的AOI系统可以提供分析生产线效率所需的数据。

图2：高频5G网络对PCB设计提出了更高的电路密度和更低的信号衰减要求。资料来源：Technotronix
电路板厂讲5G应用中的信号频率很高，因此其混合信号PCB设计相当复杂。除了使用上面讨论的新技术进行制造和测试外，还有一些最佳实操方法可用于高效的5G PCB设计。下期我们继续分享，请持续关注。